謝慧

【摘 要】為了提高甘蔗種植信息化水平和制糖企業(yè)生產管理水平，文章設計了適合甘蔗制糖行業(yè)的砍運一體化管理系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的關鍵技術，實現(xiàn)甘蔗地塊的信息采集、地圖管理、車輛監(jiān)控與調度、預警等功能，為制糖企業(yè)的生產和管理提供決策支持。

【關鍵詞】糖業(yè)；砍運管理；北斗；管理系統(tǒng)

【中圖分類號】TP393 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）08-0019-03

0 引言

近年來，廣西的產糖量已經占到全國產糖量的60%以上，成為名副其實的產糖大?。▍^(qū)）[1]。隨著甘蔗糖業(yè)的不斷發(fā)展和擴大，對其生產作業(yè)管理的要求也極大提高。目前，我國甘蔗收獲作業(yè)勞動強度大、效率低、耗人工多，占甘蔗生產總用工量的50%左右[2]。甘蔗制糖業(yè)信息化和智能化管理水平低下影響著甘蔗種植、采砍、運輸、糖業(yè)生產之間的信息流通性，還造成糖業(yè)砍運各環(huán)節(jié)銜接失衡、管理缺失等問題，并且面臨著日益嚴峻的糖業(yè)市場競爭環(huán)境。

當前，投入使用的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和我國的北斗導航系統(tǒng)[3]。北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，能夠提供高質量的定位、導航和授時服務。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）作為一種強大的空間分析工具，能夠以圖形數(shù)據為農業(yè)提供疊加分析和網絡分析等能夠產生新信息的功能[4]。

經上述分析，為了解決甘蔗制糖業(yè)砍運管理的信息化問題，本文采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GIS等技術設計一套系統(tǒng)，以甘蔗砍運一體化管理應用滿足企業(yè)、蔗農需求，實現(xiàn)對甘蔗種植、監(jiān)控、砍運的集成管理，達到提高智能化效率，給企業(yè)和農戶帶來更大經濟效益的目的。

1 基于北斗的糖業(yè)砍運一體化管理系統(tǒng)架構

為了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴展性，其設計遵循規(guī)范、標準化的體系原則，并具有安全保障性，為其他的嵌入式系統(tǒng)提供多接口的接入應用；在保證糖業(yè)砍運正常進行的同時，將現(xiàn)代信息技術與糖業(yè)砍運過程中的全生命周期過程管理相結合，充分發(fā)揮GIS關鍵技術、北斗集成應用技術等在糖業(yè)砍運管理中的信息資源整合與知識挖掘的作用，實現(xiàn)在各種感知技術的支撐及軟硬件基礎上糖業(yè)砍運的智能化、精細化管理。因此，本文研究以北斗集成關鍵技術和GIS技術為支撐，將系統(tǒng)劃分為基礎設施層、數(shù)據資源層、支撐平臺層、應用實現(xiàn)層4個層次。系統(tǒng)架構如圖1所示。

系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、北斗CORS基站、GIS、無人機、車載終端等基礎設施為基礎，建設應用數(shù)據資源平臺層，使用高速數(shù)據交換技術和數(shù)據處理技術將支撐平臺進行融合，應用實現(xiàn)層將共性數(shù)據與流通數(shù)據進行綜合利用，結合北斗終端設備，為用戶提供砍運管理。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

2.1 北斗與GIS融合

系統(tǒng)研究北斗定位技術和GIS關鍵技術的融合應用，解決地塊定位誤差大等問題，提高定位精度，使詳細的位置信息能夠實時顯示在GIS電子地圖上。北斗高精度定位如圖2所示。

系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的遠程與短距離信息交互、信息采集與智能控制等功能和GIS引擎，結合無人機、高精度手持終端、車載終端、北斗CORS固定基站，利用差分定位矢量柵格+電子地圖的集成模式和偽距差分技術，實現(xiàn)定位精度的精準性，應用GIS將定位信息、圖像位置等相銜接，以動態(tài)地理信息表現(xiàn)業(yè)務過程，把蔗區(qū)的地塊、道路、站點等傳統(tǒng)信息實時顯示在GIS地圖上。

2.2 GIS調度管理和路徑優(yōu)化

在砍運管理過程中，由于運輸路網分析的關鍵問題是最短路徑問題，所以最短路徑的解決可以進一步實現(xiàn)路網優(yōu)化調度。本文系統(tǒng)建立調度優(yōu)化模型結合利用GIS技術，將砍運車輛、運輸公路及其附屬設施等覆蓋數(shù)據信息經過收集、處理和分析后，最終以地圖的形式直觀地顯示給了用戶。

為了實現(xiàn)配送路程最優(yōu)、費用成本最少、時間耗費最少、車輛占用最少等目標，系統(tǒng)建立以滿足一定約束條件為前提的優(yōu)化模型，通過在對約束條件進行確定的基礎上實現(xiàn)對模型的最優(yōu)求解。車輛調度及路徑優(yōu)化主要涉及車次、配送目標、路徑及車載容量等問題，受到配送的條件、半徑等因素的影響，所形成的調度優(yōu)化模型和算法也會不同，針對已知的配送中心、配送需求點、車隊等數(shù)量及車載容量等條件的基礎上進行調度優(yōu)化模型建立，并將GIS引入與模型的結合，為砍運車輛路徑的優(yōu)化提供有力的輔助決策作用。通過模型的建立與利用網絡分析工具推算獲取最短路徑相結合，將獲取的最短路徑信息數(shù)據返回GIS，實現(xiàn)車輛、貨物、配送點等得定位信息數(shù)據在GIS地圖上圖表顯示，形成圖形化定位信息，最終實現(xiàn)配送車輛調度與定位追蹤的圖形化管理。

2.3 電子圍欄

電子圍欄的主要功能是當車輛超出蔗區(qū)范圍報警，在地圖上高亮顯示。裝載了北斗車載終端的砍運車輛實時將定位信息回傳至管理系統(tǒng)，在電子地圖上顯示車輛的定位信息。管理人員可以在電子地圖上設置蔗區(qū)，劃定一個區(qū)域范圍，當車輛超出范圍，終端將報警信息發(fā)送至系統(tǒng)，并且可以在管理系統(tǒng)的地圖上高亮顯示超出范圍的車輛信息。

電子圍欄的設置是在系統(tǒng)中調用GIS系統(tǒng)完成的，用戶根據指定的坐標點（經度、維度），在地圖上可以畫出圓形、矩形或者多邊形，劃定指定區(qū)域。也可以直接在地圖上用鼠標點擊選擇幾個點，將這些點圍成一個閉合區(qū)間，形成一個設定的電子圍欄。當車輛超出范圍即報警。

3 系統(tǒng)功能模塊

基于北斗的糖業(yè)砍運一體化管理系統(tǒng)以甘蔗地塊和砍運車輛為采集對象，通過手持終端、車載終端、無人機結合北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)和CORS基站，通過定位獲取空間位置，實現(xiàn)地塊信息和砍運車輛信息的采集。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能包括以下模塊。

3.1 蔗區(qū)信息采集與地圖構建

該模塊是針對道路信息、砍運情況等業(yè)務數(shù)據和管理數(shù)據等信息進行采集，信息數(shù)據經過校驗和審核后，上傳到數(shù)據庫進行存儲。系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)（GIS）技術，利用GIS引擎，實現(xiàn)GIS電子地圖縮放，拖動操作，包括放大、縮小、平移、全圖和地圖快速定位，顯示重要的地標建筑，重點交通干道，鷹眼和圖例顯示，支持地塊、道路等地理數(shù)據的空間運算，數(shù)據的空間存儲、索引，可以點擊查詢車輛、地塊、蔗點、蔗區(qū)道路等信息。

GIS電子地圖可以實現(xiàn)以下功能操作：{1}允許管理員通過種植地塊圖形查詢和查看權限范圍內地塊種植信息。{2}查看地塊的信息，并可以對地塊的信息進行修改和查看。{3}根據地塊編號、地名、蔗農代碼、蔗農姓名土壤類型、地形等條件查詢地塊的信息，并采集蔗地經、緯度坐標，將蔗地地塊添加到地圖上，在地圖上顯示蔗地地塊形狀，不同類別的蔗地可用不同的圖標標記，實現(xiàn)對地圖進行放大、縮小、漫游、按比例尺縮放等功能。{4}用戶可以查詢權限范圍內歷年的地塊種植信息，并可以對種植的信息進行新增、刪除、保存操作。

3.2 砍運車輛智能監(jiān)控

砍運車輛智能監(jiān)控主要是采用北斗/GPS定位技術、GIS地理信息技術、移動通信技術、網絡通信技術、數(shù)據庫技術等先進技術，通過采集、處理并發(fā)布車輛運行過程數(shù)據，實現(xiàn)了車輛位置與地理位置信息的結合，通過地圖上的車輛定位和軌跡追蹤實現(xiàn)了對砍運車輛的智能監(jiān)控，它包括實時定位、信息監(jiān)控、超區(qū)報警、軌跡規(guī)劃等功能。{1}車輛實時定位：糖廠運輸車輛北斗/GPS定位信息管理，車載視頻監(jiān)控終端可將衛(wèi)星定位信息實時傳輸至管理中心。{2}車輛信息監(jiān)控：顯示返程中1 km范圍，3 km范圍、10 km范圍的運蔗車輛數(shù)據。{3}車輛超區(qū)報警：設置電子圍欄，當車輛超出蔗區(qū)范圍報警，在地圖上高亮顯示。{4}車輛軌跡規(guī)劃：通過動態(tài)路徑規(guī)劃，結合實時的交通信息對預先規(guī)劃好的最優(yōu)行車路線進行適時的調整得到最優(yōu)路徑，以此設置好蔗點路線軌跡，跟蹤車輛軌跡，如果偏離軌跡報警。

通過各個功能的融合，實現(xiàn)制糖企業(yè)的管理人員在辦公室也可以監(jiān)控企業(yè)所有車輛的動態(tài)與信息。利用裝載在砍運車輛上的北斗終端，進行定位信息采集和回傳，實現(xiàn)在系統(tǒng)上對車輛的實時狀態(tài)信息提取和處理分析，達到對車輛運行狀態(tài)的有效監(jiān)管，有利于甘蔗種植過程中原料的運輸與供應。

3.3 砍運過程管理

甘蔗進入砍運高峰期后，需要制訂合理的砍運計劃，明確相應的砍運任務分配，其中主要從砍蔗地塊的分配、砍運時間的排序、人員安排、車輛安排、路線安排及不同時期、不同蔗種的前后砍運順序的排序等任務進行明確的分工。系統(tǒng)將砍運過程管理計劃如下。{1}抽簽：顯示待抽簽列表；可以添加村、屯并輸入簽噸數(shù)后進行自動排列簽號，抽簽完成后進入派證流程。{2}派證：顯示待派證列表；根據蔗農的信息和甘蔗量的需求，進行派證。{3}報進：顯示待報進列表；蔗農砍蔗任務完成后申請報進，蔗管員對報進信息進行審批，審批通過后進入派車流程。{4}派車：顯示待派車列表；可以選擇待派車記錄進行派車（一張砍蔗證派一輛車），駕駛員需聯(lián)系蔗農確定時間。裝蔗完成后需蔗農進行確認，確認后進入回廠排隊流程（在裝蔗確認前可以改派車輛，改派后通知蔗農和司機）。{5}排隊：車輛回到廠區(qū)時，自動產生排隊號，等待進入過磅流程。{6}過磅：過磅管理，確定甘蔗和運輸車輛總重量。{7}質檢：質檢管理，確定甘蔗扣除雜質的重量及確定甘蔗作物的品種。{8}回皮：回皮管理，確定運輸車輛空載的車輛重量。

4 結語

本文利用北斗衛(wèi)星導航技術、GIS技術等設計了一套糖業(yè)砍運一體化管理系統(tǒng)，并研究了相關的關鍵技術，系統(tǒng)以高新技術和科學管理實現(xiàn)甘蔗制糖業(yè)的智能化和精細化，以提高甘蔗制糖業(yè)生產力，促進糖廠管理向技術型方向發(fā)展。但要實現(xiàn)基于北斗定位、GIS等農業(yè)技術應用所帶來的社會經濟效益和促進行業(yè)發(fā)展，有賴于甘蔗制糖農業(yè)生產經營的規(guī)?；图s化，是在今后推廣應用中有待進一步研究和解決的問題。

參 考 文 獻

[1]盧若偉，林以宋，李勇光，等.淺談提高廣西甘蔗糖業(yè)競爭力的發(fā)展方向[J].技術與市場，2017（7）：421-422.

[2]韋方志，韋杰權，杜國傳.甘蔗生產機械化發(fā)展現(xiàn)狀分析與對策研究[J].中國農業(yè)信息，2015（11）：148-149.

[3]李懷亮，唐紅霞.基于北斗導航的智能無人機噴淋系統(tǒng)[J].自動化技術與應用，2016（8）：80-83.

[4]趙賞，鐘凱文，孫彩歌.GIS技術在農業(yè)領域的應用[J].農機化研究，2014（4）：234-237.

[責任編輯：鐘聲賢]